海上油田新型防垢劑的研制及性能評(píng)價(jià)

廖仲毅 羅玄 郭耀 李逵 王偉

摘? ? ? 要： 針對(duì)海上A油田采用生產(chǎn)污水回注時(shí)存在比較嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象等問題，室內(nèi)以丙烯酸、陽離子單體、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和次亞磷酸鈉為原料，通過水溶液聚合法研制出了一種新型防垢劑HFJ-S。在分析研究了目標(biāo)油田水樣離子組成及靜態(tài)結(jié)垢量的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)了新型防垢劑HFJ-S的防垢效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防垢劑HFJ-S的加量為50 mg/L時(shí)，對(duì)混合水樣的防垢率能夠達(dá)到90%以上;隨著實(shí)驗(yàn)溫度的升高和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長，防垢劑的防垢效率逐漸下降，當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度為100 ℃時(shí)，防垢率仍能達(dá)到88.7%，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間為96 h時(shí)，防垢率仍能達(dá)到81.6%;在相同的加量條件下，新型防垢劑HFJ-S的防垢效果優(yōu)于常用防垢劑。巖心動(dòng)態(tài)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用加入防垢劑HFJ-S的生產(chǎn)污水驅(qū)替目標(biāo)油田儲(chǔ)層天然巖心至100 PV時(shí)，巖心的滲透率保留率能夠保持在90%以上，而使用未加防垢劑的生產(chǎn)污水驅(qū)替100 PV時(shí)，巖心滲透率保留率僅為50%左右。說明研制的新型防垢劑HFJ-S對(duì)目標(biāo)油田生產(chǎn)污水和地層水具有良好的防垢效果。

關(guān)? 鍵? 詞：海上油田;結(jié)垢;防垢劑;性能評(píng)價(jià);防垢率

中圖分類號(hào)：TE 343? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）10-2339-04

Abstract： Aiming at the serious scaling problem of production sewage reinjection in offshore A oilfield， a new scale inhibitor HFJ-S was developed in laboratory by aqueous solution polymerization using acrylic acid， cationic monomer， 2-acrylamide-2-methylpropionic sulfonic acid and sodium hypophosphite as raw materials. Based on the analysis and study of ion composition and static scaling amount of target oilfield water samples， the anti-scaling effect of new scale inhibitor HFJ-S was evaluated. The experimental results showed that the anti-scaling efficiency of the scale inhibitor HFJ-S was more than 90% when the dosage of HFJ-S was 50 mg/L. With the increase of the experimental temperature and the extension of the experimental time， the anti-scaling efficiency of the scale inhibitor gradually decreased. When the experimental temperature was 100 C， the anti-scaling rate still reached 88.7%， and when the experimental time was 96 h， the anti-scaling rate still reached 81.6%. The anti-scaling effect of the new scale inhibitor HFJ-S was better than that of common scale inhibitors. The results of core dynamic displacement experiment showed that the core permeability retention rate was maintained above 90% when the production sewage containing scale inhibitor HFJ-S was used to displace the natural core of the target reservoir to 100 PV， while the core permeability retention rate was only about 50% when the production sewage without scale inhibitor was used to displace 100 PV. The results showed that the new scale inhibitor HFJ-S had good scale control effect on the production sewage and formation water of the target oilfield.

Key words： Offshore oilfield; Scaling; Scale inhibitor; Performance evaluation; Scale inhibitory rate

海上A油田主要采用注水開發(fā)，注水儲(chǔ)層段滲透率較低，注入水源主要為生產(chǎn)污水，經(jīng)過一段時(shí)間的注水開發(fā)后，部分注水井出現(xiàn)注入壓力升高、注水量下降的現(xiàn)象，逐漸達(dá)不到配注要求[1-3]。分析原因認(rèn)為生產(chǎn)污水在注入儲(chǔ)層時(shí)，在儲(chǔ)層溫度和壓力條件下容易出現(xiàn)結(jié)垢，從而堵塞注水儲(chǔ)層，造成注水壓力升高、注水量下降[4-6]。因此，為解決生產(chǎn)污水結(jié)垢的問題，室內(nèi)通過水溶液聚合法合成了一種新型防垢劑HFJ-S，在分析了海上A油田生產(chǎn)污水和地層水的離子組成后，對(duì)生產(chǎn)污水和地層水不同比例混合后的靜態(tài)結(jié)垢量進(jìn)行了測定，并在此基礎(chǔ)之上，評(píng)價(jià)了防垢劑HFJ-S的防垢效果，并與常用防垢劑進(jìn)行了性能對(duì)比。為解決海上A油田生產(chǎn)污水回注結(jié)垢問題提供一定的技術(shù)支持和保障。

1? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1? 實(shí)驗(yàn)藥劑與儀器

實(shí)驗(yàn)藥劑：海上A油田生產(chǎn)污水、地層水、丙烯酸（AA）、陽離子單體（HC-2）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、次亞磷酸鈉、過硫酸銨、緩沖溶液（氨水-氯化銨）、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）、鈣指示劑、無水乙醇、鉻黑T。

實(shí)驗(yàn)儀器：電感耦合等離子體光譜儀、FA2004B型電子分析天平、HH-2型電熱數(shù)顯恒溫水浴鍋、DHG-9240A型臺(tái)式鼓風(fēng)干燥箱、08-2G型恒溫磁力攪拌器、多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置、四口燒瓶、溫度計(jì)。

1.2? 新型防垢劑HFJ-S的合成

在裝有溫度計(jì)、冷凝管的四口燒瓶中加入一定量的丙烯酸（AA）和蒸餾水，升高至一定溫度后，攪拌混合均勻，完全溶解后，再加入一定量的陽離子單體（HC-2）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和次亞磷酸鈉，繼續(xù)攪拌混合均勻，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至6左右，最后再加入引發(fā)劑過硫酸銨，保持溫度恒定，反應(yīng)一段時(shí)間后，即得到淡黃色透明液體產(chǎn)品，繼續(xù)使用無水乙醇洗滌提純，烘干后即得固體新型防垢劑HFJ-S。

1.3? 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1? 水樣離子組成檢測方法

使用電感耦合等離子體光譜儀，參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5523-2016《油田水分析方法》，對(duì)海上A油田生產(chǎn)污水和地層水的離子組成進(jìn)行分析。

1.3.2? 靜態(tài)結(jié)垢量測定方法

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5523-2016《油田水分析方法》中的絡(luò)合滴定法，使用EDTA滴定水樣混合水樣成垢實(shí)驗(yàn)前后的鈣離子濃度的變化情況，來計(jì)算不同混合水樣的靜態(tài)結(jié)垢量。

1.3.3? 防垢率測定方法

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5673-1993《油田用防垢劑性能評(píng)定方法》，測定加入防垢劑前后，水樣中成垢離子的濃度變化情況，來評(píng)價(jià)防垢劑的防垢效果。

防垢率計(jì)算公式如下：

1.3.4? 模擬巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)方法

選取海上A油田注水儲(chǔ)層段天然巖心，洗油、烘干后飽和地層水，測定孔隙度和孔隙體積;使用多功能巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置在儲(chǔ)層溫度下測定天然巖心的初始滲透率，然后注入一定PV數(shù)的生產(chǎn)污水，記錄驅(qū)替壓力變化情況，并計(jì)算巖心的滲透率保留率;另外選取一塊滲透率相近的天然巖心，使用加入防垢劑的生產(chǎn)污水驅(qū)替一定PV數(shù)，記錄巖心驅(qū)替壓力變化情況，并計(jì)算巖心的滲透率保留率，以此評(píng)價(jià)防垢劑的動(dòng)態(tài)防垢效果。

2? 結(jié)果與討論

2.1? 水樣離子組成分析結(jié)果

參照1.3.1中的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)海上A油田生產(chǎn)污水和地層水的離子成分進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，目標(biāo)油田生產(chǎn)污水中成垢陽離子Ca2+和Mg2+的含量較高，水型為CaCl2型，總礦化度為25 000 mg/L左右;而地層水中成垢陰離子HCO3-的含量較高，水型為NaHCO3型，總礦化度為20 000 mg/L左右。兩種水樣的pH值均偏堿性。

2.2? 水樣靜態(tài)結(jié)垢量測定結(jié)果

參照1.3.2中的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)海上A油田生產(chǎn)污水和地層水按不同混合后的靜態(tài)結(jié)垢量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)溫度為30～90 ℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，生產(chǎn)污水和地層水按不同比例混合后，在不同溫度下（30～90 ℃）均會(huì)形成碳酸鈣垢沉淀，且隨著溫度的升高，結(jié)垢量有逐漸增大的趨勢。另外，隨著混合水樣中生產(chǎn)污水的比例增大，結(jié)垢量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，其中當(dāng)生產(chǎn)污水和地層水的比例為5∶5，結(jié)垢量達(dá)到最大。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度為90 ℃時(shí)，結(jié)垢量最大可以達(dá)到400 mg/L左右，結(jié)垢程度較為嚴(yán)重。

2.3? 防垢劑加量對(duì)防垢率的影響

參照1.3.3中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了新型防垢劑HFJ-S加量對(duì)防垢率的影響，實(shí)驗(yàn)用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，實(shí)驗(yàn)溫度為90 ℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為12 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著防垢劑HFJ-S加量的增大，防垢率逐漸增大，當(dāng)防垢劑加量為50 mg/L時(shí)，防垢率能夠達(dá)到90%以上，再繼續(xù)增大防垢劑的加量，防垢率增加的幅度不大。因此，綜合考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素，推薦防垢劑HFJ-S的最佳加量為50 mg/L。

2.4? 溫度對(duì)防垢率的影響

參照1.3.3中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了新型防垢劑HFJ-S在不同溫度下對(duì)防垢率的影響，實(shí)驗(yàn)用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，防垢劑HFJ-S加量為50 mg/L，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為12 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的增大，防垢劑HFJ-S在混合水樣中的防垢效率逐漸下降，當(dāng)溫度為100 ℃時(shí)，防垢率仍能達(dá)到88.7%，說明防垢劑HFJ-S具有較好的耐溫性能，在高溫情況下仍能起到良好的防垢效果。

2.5? 作用時(shí)間對(duì)防垢率的影響

參照1.3.3中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)防垢率的影響，實(shí)驗(yàn)用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，實(shí)驗(yàn)溫度為90 ℃，防垢劑HFJ-S加量為50 mg/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的不斷延長，防垢劑HFJ-S在混合水樣中的防垢效率逐漸下降，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為96 h時(shí)，防垢率仍能達(dá)到80%以上，說明防垢劑HFJ-S具有較好穩(wěn)定性，在較長時(shí)間的范圍內(nèi)仍能保持良好的防垢效果，能夠增大防垢劑的作用范圍，達(dá)到長效防垢的目的。

2.6? 與常用防垢劑性能對(duì)比

參照1.3.3中的實(shí)驗(yàn)方法，評(píng)價(jià)了新型防垢劑HFJ-S與其他常用防垢劑在不同加量條件下的防垢性能，實(shí)驗(yàn)用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，實(shí)驗(yàn)溫度為90 ℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為12 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著防垢劑濃度的增大，五種防垢劑的防垢率均呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，其中新型防垢劑HFJ-S在不同濃度條件下的防垢率均優(yōu)于其他常用防垢劑，這說明研制的新型防垢劑HFJ-S對(duì)目標(biāo)油田混合水樣具有良好的防垢效果，能夠滿足海上A油田注水作業(yè)施工的需求。

2.7? 模擬巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果

參照1.3.4中的實(shí)驗(yàn)方法，在生產(chǎn)污水中加入50 mg/L的新型防垢劑HFJ-S，測定驅(qū)替不同PV數(shù)時(shí)的滲透率保留率，作為對(duì)比，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，測定未加防垢劑的生產(chǎn)污水對(duì)巖心滲透率的影響情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著生產(chǎn)污水累積注入PV數(shù)的增大，未加入防垢劑的A1#巖心的滲透率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，當(dāng)驅(qū)替至100 PV時(shí)，A1#巖心的滲透率保留率僅為54.5%，巖心堵塞損害較為嚴(yán)重，分析原因認(rèn)為，生產(chǎn)污水在動(dòng)態(tài)注入過程中，與地層水混合產(chǎn)生了結(jié)垢沉淀，造成巖心滲透率下降。而加入HFJ-S的A2#巖心滲透率下降幅度較小，驅(qū)替至100 PV時(shí)，滲透率保留率為90.5%，說明加入新型防垢劑HFJ-S后，能夠有效防止沉淀的生成，從而降低結(jié)垢對(duì)天然巖心的堵塞損害程度，起到良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

3? 結(jié) 論

（1）針對(duì)海上A油田生產(chǎn)污水回注結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，室內(nèi)通過水溶液聚合法合成了一種新型防垢劑HFJ-S。

（2）對(duì)目標(biāo)油田水樣離子組成及靜態(tài)結(jié)垢量進(jìn)行了分析和測定，并在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)了新型防垢劑HFJ-S的防垢性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，防垢劑HFJ-S加量在50 mg/L時(shí)，對(duì)混合水樣的防垢率能夠達(dá)到90%以上，且隨著溫度的升高和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長，防垢劑的防垢效率逐漸下降，但仍能滿足防垢要求。與常用防垢劑相比，新型防垢劑HFJ-S具有更好的防垢效果。使用加入防垢劑HFJ-S的生產(chǎn)污水驅(qū)替天然巖心至100 PV時(shí)，巖心滲透率保留率能夠達(dá)到90%以上，說明研制的新型防垢劑HFJ-S具有良好的防垢效果。

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